CN102412419A - 一种叠片机及电芯叠片机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种叠片机及电芯叠片机构，叠片机包括第一料盒、第二料盒、第一定位台、第二定位台和具有至少一个叠片位的叠片台，还包括用于将所述第一料盒的第一料片搬动至第一定位台的第一取料机械手，用于将所述第二料盒的第二料片搬动至第二定位台的第二取料机械手，用于将所述第一定位台的第一料片、和/或第二定位台的第二料片搬运至所述叠片位的叠片机械手，以及用于驱动所述第一取料机械手、第二取料机械手和叠片机械手的叠片驱动组件。本发明叠片机采用具有同一动力源的叠片驱动组件驱动第一取料机械手、第二取料机械手和叠片机械手实现取料、搬动和叠片等操作，有效提高了叠片效率和工艺质量，同时降低了设备成本，简化了工艺。

Description

一种叠片机及电芯叠片机构
技术领域
本发明涉及电池制造领域，尤其涉及一种叠片机及电芯叠片机构。
背景技术
大型锂离子动力电池制造过程中，通常采用叠片机将正负极片间隔叠置形成电池电芯。常用的锂离子电池电芯叠片机中，首先利用吸盘从料盒中吸取正极片或负极片，并搬动至相应的定位台(通常成为二次定位台)，需要叠置该极片时再次利用吸盘从定位台吸取该极片，并搬动至叠片台完成叠片。整个叠片过程中，正极片与负极片的操作分别采用不同的动力源和驱动机构控制，例如分别采用不同的伺服电机驱动滚珠丝杠副控制机械手实现左右方向的直线往复运动，并利用汽缸或伺服电机驱动机械手实现上下方向的直线往复运动。
然而，正极片和负极片的操作分别采用独立的动力源进行控制，一方面，实现极片吸取、搬动和叠片等各种动作之间需要相互配合、相互依赖，采用独立动力源控制的方式在一定程度上会影响各中动作的响应速度，降低叠片效率，另一方面，较多的动力源显然增加了设备成本。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是，提供一种提高叠片效率并降低设备成本的叠片机和电芯叠片机构。
为解决上述技术问题，本发明提供一种叠片机，包括第一料盒、第二料盒、第一定位台、第二定位台和具有至少一个叠片位的叠片台，还包括用于将所述第一料盒的第一料片搬动至第一定位台的第一取料机械手，用于将所述第二料盒的第二料片搬动至第二定位台的第二取料机械手，用于将所述第一定位台的第一料片、和/或第二定位台的第二料片搬运至所述叠片位的叠片机械手，以及用于驱动所述第一取料机械手、第二取料机械手和叠片机械手的叠片驱动组件。
进一步地，所述叠片驱动组件包括主轴和用于驱动所述主轴的电机，所述第一取料机械手、第二取料机械手和叠片机械手都与所述主轴相连。
一种实施例中，所述第一取料机械手包括驱动器和第一取料臂，所述驱动器包括输入轴和输出轴，所述第一取料臂包括连接端和带有取料件的取料端；所述驱动器的输入轴与所述主轴连接，输出轴与所述第一取料臂的连接端相连。
一种实施例中，所述第二取料机械手包括驱动器和第二取料臂，所述驱动器包括输入轴和输出轴，所述第二取料臂包括连接端和带有取料件的取料端；所述驱动器的输入轴与所述主轴连接，输出轴与所述第二取料臂的连接端相连。
一种实施例中，所述叠片机械手包括驱动器和叠片臂，所述驱动器包括输入轴和输出轴，所述叠片臂包括连接端和至少一个带有取料件的取料端；所述驱动器的输入轴与所述主轴连接，输出轴与所述叠片臂的连接端相连。
优选地，所述叠片臂包括自所述连接端延伸出的两个支臂，所述两个支臂形成叉形，每个支臂与所述连接端相对的一端为所述取料端。
一种实施例中，所述叠片台包括驱动器和换位板，所述驱动器包括输入轴和输出轴，所述换位板上设有至少两个所述叠片位；所述驱动器的输入轴与所述主轴连接，输出轴驱动所述换位板。
以上所述驱动器为凸轮分割器。
以上所述取料件为真空吸盘。
本发明还保护了一种电芯叠片机构，包括以上所述的叠片机，所述第一料片和第二料片分别为正极片和负极片。
本发明的有益效果是：本实施例的叠片机采用具有同一动力源的叠片驱动组件驱动第一取料机械手、第二取料机械手和叠片机械手实现取料、搬动和叠片等操作，相互配合的各种动作之间的响应时间显著减少，更加容易实现动作之间的连贯配合，因此有效提高了叠片效率和工艺质量。同时，由于减少了动力源的数量，不仅显著降低了设备成本，而且有效简化了工艺，在一定程度上降低了多种运动同时进行而发生运动干涉或者配合不畅的问题。
优选地，取料过程中的上下运动、搬动过程中的位置转换动作、叠片过程中的换位均采用凸轮分割器控制，不仅运动的稳定性高、可靠性好，而且简化了传统的叠片工艺，进一步改善了工艺质量。
附图说明
图1为本发明一种实施例的叠片机立体图；
图2为本发明一种实施例的第一取料机械手立体图；
图3为本发明一种实施例的第二取料机械手立体图；
图4为本发明一种实施例的叠片机械手立体图；
图5为本发明一种实施例的叠片台立体图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
请参考图1，本实施例的叠片机包括第一料盒7、第二料盒10、第一定位台8、第二定位台9、具有至少一个叠片位41的叠片台4，第一取料机械手1、第二取料机械手3、叠片机械手2和叠片驱动组件，还可包括用于支撑和固定以上各部件的底座5。
第一料盒7和第二料盒10分别用于提供待叠片的不同类型的料片，例如动力锂电池电芯的叠片工艺中，第一料盒7提供正极片，第二料盒10提供负极片，两个料盒可分别设置在固定的位置，也可设置在传送机构中以便从上一工位及时运送料片。第一取料机械手1用于从第一料盒7中取出第一料片，并搬动至第一定位台8，第二取料机械手3用于从第二料盒10中取出第二料片，并搬动至第二定位台9，第一定位台8和第二定位台9分别用于临时放置即将叠片的第一料片和第二料片，实现料片的二次定位。叠片机械手2用于将第一定位台8上的第一料片或第二定位台9的第二料片搬动至叠片台4上的叠片位41实现叠片，优选地，同一叠片机械手2还可将第一定位台8上的第一料片以及第二定位台9的第二料片相继搬运至叠片位41实现叠片。叠片驱动组件用于驱动第一取料机械手1、第二取料机械手3和叠片机械手2完成相应的操作，本实施例中，叠片驱动组件包括主轴6和用于驱动主轴的电机61，第一取料机械手1、第二取料机械手3和叠片机械手2都与主轴6相连。
本实施例的叠片机采用具有同一动力源的叠片驱动组件驱动第一取料机械手1、第二取料机械手3和叠片机械手2实现取料、搬动和叠片等操作，与现有技术中采用不同的动力源分别控制第一料片和第二料片进行相应操作的方式相比，相互配合的各种动作之间的响应时间显著减少，更加容易实现动作之间的连贯配合，因此有效提高了叠片效率和工艺质量。同时，由于减少了动力源的数量，不仅显著降低了设备成本，而且有效简化了工艺，在一定程度上降低了多种运动同时进行而发生运动干涉或者配合不畅的问题。
具体地，如图2所示，本实施例的第一取料机械手1包括驱动器11和第一取料臂12，驱动器11包括输入轴111和输出轴112，第一取料臂12包括连接端121和带有取料件的取料端122，驱动器11的输入轴111与主轴6连接，输出轴112与第一取料臂12的连接端121相连。驱动器11优选采用凸轮分割器，取料件设置在取料端122的自由端下方，可采用具有真空吸附功能的真空吸盘、卡爪等能够实现取料或放料功能的部件。凸轮分割器是一种典型的间歇式传动机构，具有良好的精确度、可靠性和稳定性，可将连续的输入运动转化为间歇式分度运动，运动原理是输入轴上的弧面(平面)共轭凸轮与输出轴上的分度轮无间隙垂直(平行)啮合，弧面(平面)凸轮廓面的曲线段驱使分度轮转位，直线段驱使分度轮静止，该机构还具有定位自锁功能。凸轮分割器能够在转轴6的驱动下控制取料和放料动作中第一取料臂12的上升或回降运动、以及料片搬动动作中第一取料臂12围绕输出轴112在一定范围内的旋转运动。
如图3所示，第二取料机械手3的结构与第一取料机械手1相同，包括驱动器31和第二取料臂32，驱动器31包括输入轴311和输出轴312，第二取料臂32包括连接端321和带有取料件的取料端322，驱动器31的输入轴311与主轴6连接，输出轴312与第二取料臂32的连接端322相连。第二取料机械手3的驱动器31优选采用与第一取料机械手1相同型号的凸轮分割器，取料件优选采用便于吸取电池极片等料片的真空吸盘。
如图4所示，叠片机械手2包括驱动器21和叠片臂22，驱动器21包括输入轴211和输出轴212，叠片臂22包括连接端221和至少一个带有取料件的取料端，驱动器21的输入轴211与主轴6连接，输出轴212与叠片臂22的连接端221相连。一种实施方式中，叠片机可包括两个甚至多个叠片机械手2，每个叠片机械手2仅带有一个呈直线型延伸的叠片臂22，不同的叠片机械手2用于搬动不同类型的料片至叠片位。本实施方式的叠片机包括一个叠片机械手2，该叠片机械手2的叠片臂22包括自连接端221延伸出的两个支臂，分别为第一支臂222和第二支臂223，两个支臂形成叉形，每个支臂与连接端221相对的一端为取料端，支臂之间的夹角大小可根据具体工艺需要而设定。叠片机械手2的驱动器21同样优选采用与第一取料机械手1相同型号的凸轮分割器，取料件优选采用便于吸取电池极片等料片的真空吸盘。
叠片台4上可包括一个或多个叠片位。一种优选的实施方式如图5所示，为了提高叠片效率，叠片台4包括驱动器41和换位板42，换位板42上设有至少两个叠片位，分别为第一叠片位43和第二叠片位44，两个叠片位能够在驱动器41的驱动下移动，以便一个叠片位43已经完成叠片后，立即替换另一个叠片位43开始叠片，能够显著提高工艺效率。本实施例中，驱动器41也可采用凸轮分割器，包括输入轴411和输出轴，输出轴驱动换位板42实现两个叠片位的换位运动，输入轴411可与独立的电机45相连，也可与主轴6连接并在主轴6的驱动下换位，后一种方式能够进一步减少叠片机的动力源。
叠片机可通过PLC(可编程控制器)控制电机61的开启、停止和转速。各个机械手的取料件采用真空吸盘时，可采用电磁阀控制真空吸盘的启动或破真空，从而实现吸料或放料的动作。第一定位台8或第二定位台9本身可在伺服电机的驱动下实现平移或转动，为了使料片平整地实现叠置，还可利用校位装置实现料片的位置校正。一种采用光检测技术的校正方式中，采用CCD(电荷藕合器件)测出料片的位置误差，并根据该位置误差控制第一定位台8或第二定位台9运动从而补偿校正。另一种机械校正方式中，第一定位台8或第二定位台9由机械式的定位装置组成，通过推动料片的边缘来定位料片以达到精确定位的目的。
本实施例叠片机的叠片工艺包括以下流程：
初始状态下，第一取料机械手1准备在第一定位台8放料，第二取料机械手3准备从第二料盒10中吸取一张第二料片，叠片机械手2准备在第一叠片位上放下一张第一料片，并从第二定位台9上吸取一张第二料片，同时。如图1所示，第一取料机械手1上的真空吸盘位于第一定位台8上方；第二取料机械手3上的真空吸盘位于第二料盒10上方；叠片机械手2中第一支臂222上的真空吸盘位于叠片台4的第一叠片位43上方，第二支臂223上的真空吸盘位于第二定位台9上方。
主轴6在电机61的驱动下开始旋转，从而驱动第一取料机械手1、第一取料机械手3和叠片机械手2中的三台凸轮分割器同时运动。在凸轮分割器的驱动下，第一取料机械手1上的真空吸盘通过破真空，将一张第一料片放在第一定位台8并上升至一定的高度；第二取料机械手3上的真空吸盘从第二料盒10中吸取一张第二极片并上升至一定的高度；叠片机械手2中第一支臂222上的真空吸盘通过破真空，将一张第一料片放在第一叠片位43实现上一次叠片，第二支臂223上的真空吸盘从第二定位台9上吸取一张第二极片，接着叠片臂22带动两个真空吸盘同时上升至一定的高度。
主轴6继续旋转，驱动三台凸轮分割器同时运动，第一取料机械手1上的真空吸盘转动至第一料盒7上方并回降至一定的高度；第二取料机械手3上的真空吸盘转动至第二定位台9上方并回降至一定的高度；叠片机械手2中第一支臂222上的真空吸盘转动至第一定位台8上方，第二支臂223上的真空吸盘转动至第一叠片位43上方，接着叠片臂22带动两个真空吸盘同时回降至一定的高度。
接着，第一取料机械手1的真空吸盘从第一料盒7中吸取一张第一料片并上升至一定的高度；第二取料机械手3的真空吸盘通过破真空，将一张第一料片放在第二定位台9上；叠片机械手2的第一支臂222上的真空吸盘从第一定位台8上吸取一张第一极片，第二支臂223上的真空吸盘通过破真空，将一张第二料片放在第一叠片位43上实现下一次叠片，接着叠片臂22带动两个真空吸盘同时上升至一定的高度。
最后，第一取料机械手1的真空吸盘转动至第一定位台8上方并回降至一定的高度；第二取料机械手3上的真空吸盘转动至第二料盒10上方并回降至一定的高度；叠片机械手2的第一支臂222上的真空吸盘转动至第一叠片位43上方，第二支臂223上的真空吸盘转动至第二叠片位9上方，接着叠片臂22带动两个真空吸盘同时回降一定的高度。通过该步骤的运动，叠片机回到前述的初始状态。
重复以上步骤直到第一叠片位43上的第一料片和第二料片达到一定的叠片层数即可完成一个产品的叠片，叠片台4在凸轮分割器的驱动下将第二叠片位44换位移动至第一叠片位43实现叠片的位置，并按照以上动作流程开始下一个产品的的叠片动作。
本实例的叠片机可广泛应用于多种领域，根据不同的叠片产品，料片可为纸片、布片、金属片等多种材料。例如用于动力电池的电芯叠片机构采用本实施例的叠片机时，第一料片和第二料片分别为正极片和负极片。
本发明的叠片机和电芯叠片机构采用同一动力源对叠置过程中的多种操作进行统一控制，优选地，取料过程中的上下运动、搬动过程中的位置转换动作、叠片过程中的换位均采用凸轮分割器控制，不仅运动的稳定性高、可靠性好，而且简化了传统的叠片工艺，进一步改善了工艺质量。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种叠片机，包括第一料盒、第二料盒、第一定位台、第二定位台和具有至少一个叠片位的叠片台，其特征在于，还包括用于将所述第一料盒的第一料片搬动至第一定位台的第一取料机械手，用于将所述第二料盒的第二料片搬动至第二定位台的第二取料机械手，用于将所述第一定位台的第一料片、和/或第二定位台的第二料片搬运至所述叠片位的叠片机械手，以及用于驱动所述第一取料机械手、第二取料机械手和叠片机械手的叠片驱动组件。
2.如权利要求1所述的叠片机，其特征在于，所述叠片驱动组件包括主轴和用于驱动所述主轴的电机，所述第一取料机械手、第二取料机械手和叠片机械手都与所述主轴相连。
3.如权利要求2所述的叠片机，其特征在于，所述第一取料机械手包括驱动器和第一取料臂，所述驱动器包括输入轴和输出轴，所述第一取料臂包括连接端和带有取料件的取料端；所述驱动器的输入轴与所述主轴连接，输出轴与所述第一取料臂的连接端相连。
4.如权利要求2所述的叠片机，其特征在于，所述第二取料机械手包括驱动器和第二取料臂，所述驱动器包括输入轴和输出轴，所述第二取料臂包括连接端和带有取料件的取料端；所述驱动器的输入轴与所述主轴连接，输出轴与所述第二取料臂的连接端相连。
5.如权利要求2所述的叠片机，其特征在于，所述叠片机械手包括驱动器和叠片臂，所述驱动器包括输入轴和输出轴，所述叠片臂包括连接端和至少一个带有取料件的取料端；所述驱动器的输入轴与所述主轴连接，输出轴与所述叠片臂的连接端相连。
6.如权利要求5所述的叠片机，其特征在于，所述叠片臂包括自所述连接端延伸出的两个支臂，所述两个支臂形成叉形，每个支臂与所述连接端相对的一端为所述取料端。
7.如权利要求2所述的叠片机，其特征在于，所述叠片台包括驱动器和换位板，所述驱动器包括输入轴和输出轴，所述换位板上设有至少两个所述叠片位；所述驱动器的输入轴与所述主轴连接，输出轴驱动所述换位板。
8.如权利要求3至7中任一项所述的叠片机，其特征在于，所述驱动器为凸轮分割器。
9.如权利要求3至7中任一项所述的叠片机，其特征在于，所述取料件为真空吸盘。
10.一种电芯叠片机构，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的叠片机，所述第一料片和第二料片分别为正极片和负极片。
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